三維CAD技術在機械設計中的應用

游玉成

（建湖恒華機電有限公司，江蘇 鹽城 224700）

三維CAD技術在機械設計中的應用

Application of 3D CAD technology in mechanical design

游玉成

（建湖恒華機電有限公司，江蘇 鹽城 224700）

作為機械工程中的重要組成及關鍵步驟，機械設計對機械性能有著決定性影響，因此需對機械設計加以重視。隨著科學技術的不斷進步與發展，三維CAD技術在機械設計領域也有所應用，并在應用中取得較好成效。本文在對三維CAD技術概念與作用進行闡述的基礎上，對三維CAD技術在機械設計中的應用進行探究，并對其未來發展趨勢加以探討。

三維CAD；機械設計；應用探究

1 三維CAD技術概念及作用

1.1 三維CAD技術概念

所謂的三維CAD技術，也可以稱為建模技術，該技術是從二維技術發展而來，并成為整個 CAD 技術的核心組成部分。三維CAD技術最早于20世紀60年代出現，并從線框建模發展到曲面建模，從曲面建模發展到實體建模與參數建模，最終實現目前產品集成建模、行為建模的完成，經歷了較長的發展過程。

1.2 三維CAD技術作用

（1）縮短機械設計周期。在機械設計時，三維CAD技術有著大范圍的應用，其不僅能夠對機械產品做到快的檢驗，還可以使設計質量與效率得到提升，從而使設計出來的機械產品質量更有保證。另外，在機械設計時，對三維CAD技術的有效應用，還可以使設計周期得到縮短。運用三維CAD技術，對機械產品的零部件加以修改，便會使機械產品整體得到改變，從而完成對各個零部件重新組合與連接，得到匹配機械產品的尺寸。這一過程的實現，使整個效率大大優于傳統方法的機械設計過程，從而使設計周期得到有效縮短。例如，運用三維CAD技術進行切割器設計時，若是想把原先開口為150 mm的一個切割器，修改成為3 mm，只要運用該技術，把裝配圖上的尺寸從15 mm轉變為300 mm，便可使整個系統得到對應的修改，從而完成對切割器驅動軸、配重塊、加強版及鋼絲刷等部件尺寸的自動改變與調整，最終形成一個新的切割器模型，得到的切割器產品如圖1所示。

圖1 切割器的三維 CAD 技術應用

（2）提升資料保管能力。在電腦中，不論是硬盤還是軟盤，均可以對三維CAD設計出來的文件加以存儲，從而在避免設計文件丟失的同時，便于再次使用時的打開。為進一步完成對設計出來文件的保管，設計人員可把文件復制到U盤或者上傳到云盤當中，也可采用掃描儀等技術，將設計圖紙的內容傳輸到計算機當中，避免因腐蝕、破壞等因素造成文件資料丟失的情況發生。

（3）提升機械產品進程。三維CAD技術在應用中，存在著色與渲染功能，這些功能的運用，可得到與設計方案對應的三維效果圖，進而使設計人員及決策人員做到對方案的直觀了解，從而使產品設計、方案審批、產品開發等一整套流程得到有效推進。此外，計算機技術的運用，還可以幫助設計者視野范圍得到擴展，方便設計者對更多設計素材的獲取。

（4）實現創新設計。在三維CAD技術出現在機械設計之前，機械設計難以做到創新與發展，一般在機械設計時，多采取仿型設計。并且原先的機械設計方法，在對尺寸修改較為麻煩，所需成本也較高。所以，這些因素的出現，造成原先的機械產品設計缺乏創新產品，存在的大多屬于常規設計，難以達到真正意義上的創新。但是，三維CAD技術在機械設計中的應用，便可在原先機械設計模型基礎上，運用新的理論與技術來進行創新，并通過立體感的呈現，設計出更加真實、更具創新的機械產品。因此，三維CAD技術的應用，能夠有效激發機械設計者的創新能力，從而使其設計出更多、更好、更加創新的機械產品出來。

2 機械設計中對三維CAD技術的應用

2.1 方案建模時的應用

三維CAD技術能夠將設計方案直觀立體化呈現出來，因此，三維CAD技術在機械設計方案與建模時，有著較為廣泛的應用。立體、框架、表面等方式，都是三維CAD技術經常涉及到的建模方式，且該技術本身就自帶圓形、正方形、圓柱形等基礎圖形。若是設計的機械結構較為多樣化、復雜化，則該技術便會采用布爾運算來對這些基礎圖形進行排列組成，并根據用戶需求做到全面而系統的運算，得到預期圖案，為機械設計方案及建模工作提供有效的參考依據。

2.2 方案形成時的應用

當機械設計方案基礎零部件就緒狀態下，對這些基礎零部件實施加工、重組，并采取有效的排列組合，便可得到一套較為完整的機械設計方案。對于三維CAD技術來說，其自身擁有編輯功能，因此設計人員在設計時，可依據設計原來方案，做到對一個個單獨部件的排列組合。若是零部件太多繁雜，則設計人員必須采用該技術中的旋轉方式來得到和排列組合相對應的新部件，從而高效、高質量的完成一套完成三維方案的制定。此外，在機械設計方案制定中，還需對ACD/CAM軟件開發系統的運用做到有效關注。該系統可通過平面設計、數據分析、曲面造型及立體構筑等多種途徑完成數據的應用和管理，進而保證機械設計方案得以順利完成與實施。

2.3 CAE軟件內的應用

機械CAE軟件具備結構設計優化、設計方案分析、方案數據對比等多項功能，這些功能的靈活運用，便可得到一套科學合理的機械設計方案，并還可通過評估來保證機械設計方案的規范性。具體運用時，對應模型建筑需先做好，然后方可利用CAE軟件進行設計和分析，最后保證機械設計方案得以順利實施。

2.4 農業機械設計時的應用

在農業機械設計中，也可以對三維CAD技術加以利用。比如，對聯合收割機進行設計時，設計人員一般會將軸流釘齒脫粒分離裝置當做整個設計的核心，通過Motion workes系統完成開發工作，然后在將其與數據加工模塊Cam works進行結合，當三維系統設計結束后，運用ADC/API技術將系統合理劃分為各個部分，并將劃分結果當做為設計方案。另外，對互不聯系的各個部分，需通過數據傳輸的方式使其建立聯系，從而做到數據間共享。

3 三維CAD技術未來發展趨勢

3.1 趨于智能化

目前，三維CAD技術已經在智能化方面取得一定成果，但隨著社會及科學的不斷進步，該技術在智能化領域還將獲得更大的突破與發展。三維CAD技術在設計人員手中，實現智能化的關鍵在于利用電腦實施全方位操縱。因此，設計人員需將實踐得到的經驗與總結輸入對應程序內，從而完成全面、系統數據庫的構建，使電腦的辨認能力與判斷能力得到提升，最終滿足智能化要求。

3.2 趨于網絡化

隨著計算機技術與各類網絡技術的不斷發展，目前，三維CAD技術在應用中，展現出較好的健康性、穩定性與持久性。并從原先的單機狀態也逐步轉化為網絡狀態。在虛擬空間中，該技術起到至關重要的作用，通過三維CAD技術所構造的機械模型，能夠讓人們直觀、立體看清設計中存在的問題，并通過參數的獲取，為機械設計工作建立良好的標準。所以，在虛擬空間中，三維CAD技術還將得到更全面的應用。

3.3 趨于規范化

規范化的實現，在于未來通過三維CAD技術完成設計時，不在單純的對功能進行追求，而是嚴格根據實際情況進行設計，從而使設計結果更具有標準性與規范性。另外，在對該技術進行運用時，還需對STEP體系加關注，將該體系與三維CAD技術的有效結合，能使參數化模型傳輸中存在的問題得到有效解決。

4 總結

目前，三維CAD技術在各個領域中得到有效應用，在機械制造領域應用的程度更為廣泛。對于三維CAD技術來說，由于其具有安全性、立體性與直觀性的特點，因此在機械設計方案建模、CAE軟件應用、農業機械設計等各個方面均可得到有效運用。雖然該技術目前仍存在一些不足，但隨著科學的不斷進步，該技術的不斷程度，在未來，三維CAD技術必將發揮更大、更重要的作用。

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（P-05）

圖6 刀具軌跡

圖7 實體驗證參數設定

3 結束語

本文在圓周曲線零件的加工中，應用了MasterCAM軟件進行繪制三維圖形，然后在CAD中繪制刀具路徑（NCI），通過后處理轉換成NC程序，再利用DNC方式傳送到四軸加工中心上進行加工。與利用普通機床加工比較，這種加工方法將大大地縮短了加工中程序的編寫和輸入的時間；由于計算機編程技術的應用，保證了加工精度及零件表面質量。四軸加工方案減少了程序因手寫或不便于檢測而造成的損失，取得了很好的經濟效益，有效解決了常規機床加工圓周曲線零件效率低、精度難以保證等難題。

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TP391.72；TH122

1009-797X (2015) 24-0183-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.075

游玉成（1981-），男，畢業于江陰職工大學，大專學歷，研究方向為數控機床應用與維修。

2015-11-25